DE977603C - Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes fuer Magnetkerne, die eine nahezu rechteckfoermige Hystereseschleife aufweisen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 20. JULI 1967

genommen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne auf der Basis eines Ni-Mg-Ferrites, bei dem die Anteile an Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

entsteht.
ίο Ferromagnetische Ferrite der allgemeinen Formel

Ni*Mg₍₁_ _x)Fe₂0₄

sind als ferromagnetische Materialien für Hochfrequenzzwecke bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hystereseschleife dieser Ferrite der Rechteckform anzunähern und damit die Verwendung dieser Ferrite für magnetische Speicher u. dgl. zu ermöglichen.

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendüngen von Bedeutung. Diese Art von Kernen wird unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher« verwendet (siehe z.B. W. N. Papian: »Proceedings of the I.R.E.«, April 1952, S. 475 bis 478, und D. R. Brown und E. Albers-Schoenberg: »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149). Solche magnetischen Speicher verwendet man z. B. in Rechenmaschinen und bei selbsttätigen Piloten. Weiter werden diese Kerne in magnetischen Schaltern verwendet.

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Das Maß, welches angibt, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform nahekommt, läßt sich auf verschiedene Weise quantitativ ausdrücken. Ein üblicher Maßstab ist z. B. der Quo-

tient -^-. Die Bedeutung dieses Quotienten wird

an Hand der Fig. ι erläutert, die eine schematische Darstellung eines Teiles einer Sättigungsmagnetisierungskurve ist. In dieser Figur bezeichnet B_r die remanente Induktion, während B_ci die Induktion bezeichnet, bei welcher die Hystereseschleife sich gerade schließt. In der Praxis ist es oft nicht einfach, B_cl mit großer Genauigkeit zu messen. Es läßt sich jedoch leicht ein annähernd richtiger Wert von B_cl finden, indem der mittlere Wert der Induktionen nach teilweiser Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung (mit zwischenzeitlicher Sättigung) angenommen wird, wobei beide Induktionen bei derselben Feldstärke gemessen werden, die derart gewählt wird, daß die erwähnten Induktionen mehr als i⁰/», jedoch weniger als 3% voneinander abweichen. Nach diesem Meßprinzip wurden auch die im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse ermittelt. Für die Messungen wurde ein ballistisches Galvanometer verwendet (s. Bozorth : »Ferromagnetism«,

New York, 1951, S. 843). Der Quotient-^- wurde stets gemessen an einem ringförmigen Magnetkern mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials längs des ganzen Ringumfanges und mit einem Außendurchmesser, der maximal dem i,6fachen des Innendurchmessers entspricht.

Ein Maß dafür, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform angenähert ist, ist auch das sogenannte Reckteckigkeitsverhältnis (R_s). Für die Bedeutung dieser Größe sei auf die vorerwähnte Literatur verwiesen. Vollständigkeitshalber folgt nachstehend eine kurze Erläuterung an Hand der Fig. 2, die auch eine schematische Darstellung eines Teiles einer Magnetisierungskurve ist, die sich auf einen Fall bezieht, in dem mit der Entmagnetisierung begonnen wurde, bevor die magnetische Sättigung erreicht war. Die Größe (R_s)max wird folgendermaßen definiert:

ί B₁

(Rs) max —

Ή.,

Der Quotient

B₁

Bn

ist eine Funktion der angelegten höchsten Feldstärke H_m. Es ergibt sich, daß dieser Quotient für einen bestimmten Wert von H_m, der meistens wenig von der Koerzitivkraft H_c verschieden ist, einen . Maximalwert besitzt.. Dieser maximale Wert des Quotienten wird durch das Symbol (R_s)_max bezeichnet. Die zur Bestimmung von (R_s)_max ^er~

forderlichen Messungen von

und Bi

können wieder mittels eines ballistischen Galvanometers durchgeführt werden. Als .Meßpbjekte für die Ermittlung der im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse dienten auch in diesem Fall ringförmige Magnetkerne mit einem konstanten Querschnitt des magnetischen Materials längs des ganzen Umfangs des Ringes und mit einem Außendurchmesser, der maximal das i,6fache des Innendurchmessers beträgt.

Für die Brauchbarkeit der betreffenden Magnetkerne für magnetische Speicher und magnetische Schalter ist weiter eine wesentliche Bedingung, daß die Koerzitivkraft (H _c) niedrig (zweckmäßig nicht höher als 10 Oersted, vorzugsweise sogar niedriger als 4 Oersted) sein soll, da sonst zu starke Magnetfelder erforderlich sind, um die Magnetisierung des Kernes umzukehren.

Gemäß der Erfindung hat sich nun ergeben, daß bei Ferritwerkstoffen der Formel Ni_xMg₁₁ __x,Fe₂O₄ eingangs erwähnter Art dadurch eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife erhalten werden kann, daß in der Formel der Verbindung für χ ein Wert zwischen 0,2 und 0,8 gewählt wird und diese Anteile an Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindüngen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1475° C erhitzt werden.

Nach diesem Verfahren hergestellte Magnetkerne erfüllen folgende Bedingungen:

(Rsjmax ^⁵* Ojö

Hc < 4 Oersted.

Derartige Magnetkerne eignen sich somit gut für die obenerwähnten Verwendungszwecke.

Unter Beibehaltung der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften in den Verbindungen der angegebenen Zusammensetzung läßt sich ein kleiner Teil des Nickels bzw. Magnesiums durch Zink ersetzen, sofern die Verbindungen einen verhältnismäßig hohen Nickelgehalt im Verhältnis zum Magnesiumgehalt besitzen. Die so erzielten Verbindungen lassen sich beschreiben durch die Formel

wobei jtr = 0,6 bis 0,8, 31 = 0,1 bis 0,3, x + y = o,y bis 0,9 ist.

Die zinkhaltigen Verbindungen (die auf völlig analoge Weise, wie vorstehend für die nicht zinkhaltigen Verbindungen beschrieben wurde, hergestellt werden) unterscheiden sich von nicht zinkhaltigen durch eine erheblich geringere Koerzitivkraft. Eine geringe Koerzitivkraft ist bekanntlich bei den in Rede stehenden Anwendungen ein Vorteil, weil sie zu einer Ersparnis an elektrischer Energie bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung der Kerne führt.

Es sei noch erwähnt, daß bereits Ferritwerkstoft'e für Magnetkerne mit rechteckförmiger Hystereseschleife bekannt sind, die' aus Magnesiumoxyd, Manganoxyd und Eisenoxyd bestehen, denen noch bis zu 5 Gewichtsprozent eines weiteren zweiwertigen Schwermetalloxyds, insbesondere Zink-

oxyd, Nickeloxyd oder Kupferoxyd, zugesetzt werden kann. Die Rechteck-Eigenschaften dieser bekannten Rechteckferrite sind jedoch denjenigen der nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Ferriten unterlegen.

Beispiel ι

Ein Gemisch aus Magnesiumkarbonat, Nickelkarbonat, Eisenoxyd und gegebenenfalls Zinkoxyd ίο wird 8 bis io Stunden in reinem Alkohol oder wasserfreiem Benzol gemahlen und. darauf ι Stunde bei 900⁰ C in Luft vorgebrannt. Nach Abkühlen wird das Reaktionsprodukt dann einige Zeit, beispielsweise 2 Stunden, in reinem Alkohol gemahlen. Danach wird es zu einem Ring gepreßt, und dieser Ring wird bei angenähert 1450⁰ C in Sauerstoff gesintert.

Die gesinterten Ringe hatten folgende Abmessungen: Außendurchmesser = 28 mm, Innendurchmesser = 20 mm, Höhe = 4 mm.

Die nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht

über die Werte des Quotienten -^, der Größe

McI

(Rs) max ^und der Koerzitivkraft H₀ von Magnet kernen mit einer in den Rahmen der Erfindung

fallenden Zusammensetzung:	Br	\-K-s) max	(in Oersted)
Zusammensetzung 30	Bcl	o,05biso,7o 0,70 0,75 0,65 0,65 0,70	2,95 3.75 2,2O 2,O
35 Ni0i2Mg0i8Fe2O4 .... Ni0,7Mg0,2Zn0,lFe2°4 Ni0,7M&0.1Zn0,2Fe2°4	0,80 0,80 0,81 0,75 0,80 0,75

Beispiel 2

Ein Gemisch aus Magnesiumoxyd MgO, basischem Nickelkarbonat (Nickelgehalt etwa 48,4 Gewichtsprozent) und Eisenoxyd Fe₂O₃ mit einem Mischungsverhältnis entsprechend der endgültigen Zusammensetzung Mg_0i8Ni_0j2Fe₂O₄ wurde vier Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen, 140 Minuten bei 750⁰ C vorgebrannt, daraufhin abgekühlt und 16 Stunden lang wieder in der Kugelmühle gemahlen. Anschließend wurde die Masse granuliert, in die Form von Ringkernen gepreßt und für die Dauer von 10 Minuten bei 1450⁰ C in einer Gasatmosphäre aus 50 Volumprozent Sauerstoff und 50 Volumprozent Luft gesintert. Die erhaltenen Sinterkörper hatten einen Außendurchmesser von 2 mm, einen Innendurchmesser von 1,3 mm und eine Höhe von 0,6 mm.

Die an diesen Kernen durchgeführten Messungen lieferten folgende Ergebnisse:

Br

^ = ⁰'⁹

(Rs)max =0,8

H₀ — 3 Oersted.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne auf der Basis eines Ni-Mg-Ferrites, bei dem die Anteile an Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

   entsteht, in der für χ ein Wert zwischen 0,6 und 0,8, für y ein Wert zwischen 0,1 und 0,3 und für χ + ν ein Wert zwischen 0,7 und 0,9 gewählt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 831 672;

   deutsche Patentanmeldungen S14840 VI b / 80 b (bekanntgemacht am 9. 7. 1953); St 5553 VIb/8ob (bekanntgemacht am 4. 2. 1954);

   belgische Patentschrift Nr. 493 081; schweizerische Patentschrift Nr. 256 023; Tetzner, Patentgesetz, 1951, S. 120; Lehrbuch der Metallkunde, 1950, S. 70; Chemie u. Patentrecht, 1951, S. 29; Lexikon der Physik, 1952, S. 833; VDE-Fachberichte, 16, 6. 11. 1952;

   Electronics vom Mai 1953, S. 72/73; vom April 1953, S.149;

   Tele-Tech vom Mai 1952, S. 52; Philips Techn. Rundschau, 1946, S. 353 bis 360; Physicalll, 1936, S. 463 bis 483.

   entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife in der Formel der Verbindung für χ ein Wert zwischen 0,2 und 0,8 gewählt wird und diese Anteile an Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1475° C erhitzt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Nickels bzw. Magnesiums durch Zink derart ersetzt wird, daß eine Verbindung der Formel

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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